Способ регенерации отработанного теплоносителя энергетических установок на основе четырехокиси азота Советский патент 1989 года по МПК C01B21/24 

1

Изобретение относится к энергетике, в частности к технологии восстановления свойств теплоносителя, и может быть использовано применительно к энергетическим установкам, работающим на теплоносителе на основе четырехокиси азота.

Цель изобретения - снижение удельных энергозатрат.

На чертеже представлено устройство для осуществления способа.

Устройство содержит нагреватель 1, перегреватель 2, холодильную установку 3, теплообменники 4 и 5, подающее устройство 6, куб 7 ректификационной колонны, ректификационную колонну 8,дефлегматор 9,патрубок 10

отвода жидкости из ректификационной колонны, вентили 11-15, трубопроводы 16-18.

Устройство работает следующим об-: разом.

Ректификационная колонна 8 выводится на требуемьм режим работы, при Э.ТОМ теплоноситель на питание ректификационной колонны подается по трубопроводу 16 через теплообменник 4 и вентиль 14. Очищенный от вред- ньЕХ примесей (HNO, Fe и т.д.) с помощью .ректификационной колонны теплоноситель по трубопроводу 17 подается из дефлегматора 9 в контур установки. При работе ректификационной колонны, например, тарельчатого тип

i4 СЛ

а

00 01

а

на тарелках постоянно поддерживается определенный уровень теплоносителя при температуре насыщения. Открывается вентиль 11 и жидкая NjO с содержанием N0 на уровне 0,02 - 0,05 мае..%, находящийся, например, на второй тарелке ректификационной колонны, поступает на вход нагревателяо

1 и, проходя через перегреватель

, направляется на вход в холодильную установку 3. В перегревателе 2 происходит конверсия N204 с образованием газовой смеси N0, N0, 0. Требуемый расход жидкости из ректификационной колонны на вход в электронагреватель устанавливается вентилем 11 по расходомеру G,. Затем открывается вентиль 12 и жидкая N204 с содержанием N0 на уровне 0,02 0,05 мас.% из патрубка 10 отвода жидкости из ректификационной колонны поступает на смешение с потоком газовой фазы теплоносителя после перегревателя. За счет того, что на регенерацию направляется теплоноситель с малым (на уровне 0,02 - 0,05 мас.%) содержанием окиси азота коэффициент абсорбции при регенерации увеличивается в 1,2-1,3 раза. П ток жидкой , поступающей на смешение с потоком газовой фазы, проходит теплообменники 4 и 5, ус- тановленные на выходе жидкости из ректификационной колонны 8 и на выходе регенерированного теплоносителя из холодильной установки 3. В телообменнике 4 поток жидкой NjO, поступающей на смешение с потоком га- .зоной смеси, отдает тепло потоку те лоносителя, направляемому по трубопроводу 16 и вентиль 14 на питание ректификационной колонны 8. В ре- зут ьтате чего температура жидкой , отбираемой из ректификационной колонны 8, снижается с температуры насыщения до температуры окружающей среды (20-25 С). Затем в теплообменнике 5 поток жидкой N,0, поступающей на смешение с потоком газовой фазы, отдает тепло потоку переохлажденного регенерированного теплоносителя, направляемого из холодильной установки 3 в трубопровод подачи питания ректификационной колонны через теплообменник 5 и вен- тиль 15 посредством подающего устройства 6. При этом температура жидкой , поступающей на смешение

с потоком газовой фазы, снижается до 10°С, что также способствует увеличению коэффициента абсорбции окиси азота жидкой на 8-10%. Требуемый расход жидкости,поступающей на смещение с потоком газовой фазы ,устанавливается вентилем 12 по расходомеру G. Газовую смесь (NOi, N0, Oi), полученную в результате конверсии Nj04 в перегревателе 2, вводят в поток предварительно охлажденной в теплообменниках 4 и 5 жидкой с содержанием окиси азо- та 0,02-0,05 мас.%, отбираемой из патрубка 10 отвода жидкости и ректификационной колонны 8. Полученную газожидкостную смесь направляют в холодильную установку 3, при этом N0 абсорбируется на ,образуя N,03, и переходит в жидкую фазу. Регенерированный теплоноситель снова направляется на ректификацию. Освободившийся кислород отводится из холодильной установки 3 по трубопроводу 18 через вентиль 13 в атмосферу. Снижать в теплоносителе, поступающем на регенерацию, содержание окиси азота ниже 0,02 мас.% нецелесообразно, так как в этом случае затраты на получение такого теплоносителя возрастают на 30%, а концентрация окиси аз.ота в регенерированном теплоносителе практически не меняется. Кроме того, в таком теплоносителе увеличивается содержание азотной кислоты до 2 мас,%, что невыгодно с точки зрения коррозионных процессов в аппаратах регенерации теплоносителя.

Нецелесообразно также увеличивать содержание окиси азота выше 0,05 мас.%, так как в этом случае снижается степень абсорбции окиси азота потоком жидкой четырехокисн азота и увеличиваются удельные энергозатраты.

Пример 1 о В энергетической установке на регенерацию подают теплоноситель, содержание N0 в котором снижают посредством ректификации с 0,95 до 0,01 мас,%. Расход жидкости на конверсию составляет 4 кг/ч,расход жидкости на смешение потоков перед холодильником - 20 кг/ч, а энергозатраты на ведение процесса составляют 6 кВт/ч. После регенерации полу- чшот содержание N0 в теплоносителе 2,85 мас.%.

Следовательно, наработка N0 составляет 0,6816 кг/ч (0,0024 кг - содержание N0 в 24 кг исходного теплоносителя, 0,6840 - содержание N0 в 24 кг теплоносителя, полученного после регенерации). Энергозатраты на производство 1 кг N0 составляют 8,8 кВт.

Содержание HNOj в теплоносителе, отобранном из колонны, с содержанием N0 0,01 мас.% составляет 2 мас.%. Дополнительная очистка такого теплоносителя от НЫОз требует дополнительных энергозатрат. В частности, для очистки с помощью ректификационной колонны 24 кг теплоносителя с содержанием HNOj 2 мас.% до ее требуемого содержания (0,2 мас.%) требуется кВт электроэнергии.

Таким образом, суммарные энергозатраты на производство 1 кг окиси азота, в этом случае, составляют 16,8 кВт. Известно, что для подпитки окисью азота теплоносителя малой станции ее требуется 0,2 кг/ч. Годовая потребность станции в окиси азота составляет 1752 кг. Для наработки такого количества N0 требуется 29433,6 кВт.

При.мер 2. В энергетической установке на регенерацию подают теплоноситель, содержание N0 в котором снижают посредством ректификации до 0,02 мас.%. Расход жидкости на конверсию составляет 4 кг/ч, расход жид кости на смешение потоков перед холодильником - 20 кг/ч, а энергоза-. траты на ведение процесса составляют 6 кВт/ч.После регенерации получают теплоноситель с содержанием N0 2,87 мас.%.

Наработка окиси азота составляет 0,684 кг/ч, а энергозатраты на производство 1 кг N0 составляют 8,77 кВт Для удовлетворения годовой потреб- ности в N0 малой станции необходимо затратить 15368,4 кВт.

Пример З.В энергетической установке на регенерацию подают теплоноситель, содержание N0 в котором снижают посредством ректификации до о,05 мас.%. На выходе получают теплоноситель с содержанием N0 2,8 мас.%. При прочих равньж условиях (относительно примеров 1 и 2) на работка N0 составляет 0,66 кг/ч, а энергозатраты на производство 1 кг N0 составляют 9,1 кВт. Для удовлет-

0

g

5 д

5

0

0

ворения годовой потребности малой станции в N0 необходимо затратить 15927,27 кВт.

Пример 4.В энергетической установке на регенерацию подают теплоноситель, содержание N0 в котором снижают посредством ректификации до 0,06 мас.%. На выходе получают теплоноситель с содержанием N0 2,5 мас.%. При прочих равных условиях (относительно примеров 1 и 2) наработка N0 составляет 0,586 кг/ч, а энергозатраты на производство 1 кг N0 составляют 10,24 кВт. Дпя удовлетворения годовой потребности малой станции в N0 необходимо затратить 17938,6кВт.

Пример 5.В энергетической установке на регенерацию подают теплоноситель, содержание N0 в котором снижают посредством ректификации до 0,7 мас.%. На выходе получают теплоноситель с содержанием N0 2 мас.%. При прочих равных условиях (относительно примеров 1 и 2) наработка N0 составляет 0,312 кг/ч, а энергозатраты на производство 1 кг N0 составляют 19,2 кВт. Для удовлетворения годовой потребности малой станции в N0 необходимо затратить 33692,3 кВт.

Пример 6 (по известному способу). В энергетической установке на регенерацию подают теплоноситель с содержанием N0 0,95 мас.%. На выходе получают теплоноситель с содержанием N0 1,62 мас.%. При прочих равных условиях (относительно примеров 1 и 2) наработка N0 составляет 0,1608 кг/ч, а энергозатраты на производство 1 кг N0 составляют 37,5 кВт. Для удовлетворения годовой потребности малой станции в N0 необходимо затратить 65700 кВт.

Как видно из приведенных примеров, наиболее выгодно, с точки зрения энергозатрат, подавать на регенерацию теплоноситель с содержанием окиси азота в нем 0,02-0,05 мас.%. Использование для регенерации теплоносителя с другим содержанием N0 приводит к увеличению энергозатрат на ведение процесса. Так, использование теплоносителя с содержанием N0 0,06 мас.% (в сравнении с теплоносителем с содержанием N0 0,02 - 0,05 мас.%) приводит к увеличению

IS

«

Изобретение относится к области энергетики, в частности к технологии регенерации отработанного теплоносителя энергетических установок на основе четырехокиси азота, и может быть использовано на электрических установках. С целью снижения удельных энергозатрат в способе регенерации отработанного теплоносителя энергетических установок, включающем конверсию четырехокиси азота при 200-700 С, смешение проконверти- рованного газового потока с охлажденным потоком жидкого теплоносителя , последующее охлаждение газожидкостной смеси в холодильной установке, сепарацию кислорода в потоке жидкого теплоносителя, поступающем на смешение, и в отработанном теплоносителе, поступающем на конверсию, понижают содержание окиси азота до 0,02-0,05 мас.% путем ректификации. Изобр1гтение позволяет снизить удельные энергозатраты в среднем с 37,5 кВт по прототипу до 8,8 кВт по предложенному способу для наработки 1 кг окиси азота. 1 ил. i (Л